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遵循认知规律立足学生发展──谈新教材电学编排的科学性
编辑日期:2021-07-01 16:58  编辑:佚名  阅读次数: 次  [ 关 闭 ]

  2002年秋季,我市城区初中二年级开始试用人教版《义务教育课程标准实验教科书?物理》。在将近一学年的学习和试验中,对新教材的感慨很多,特别是对电学部分编排的科学性感受尤为深刻。这种科学性并不是指它在物理学的理论结构中有多么严谨,而是指它作为义务教育阶段的教材所具有的遵循认知规律,尊重学生的认知水平,让学生在循序渐进中学到知识,在学习知识中体验到快乐,在快乐的学习中得以丰富和发展。

  一、推陈出新,不落窠臼

  人类对电现象的认识是从静电开始的。电流的形成似乎也需要通过这些“静电”的移动才能得以说明。也许正是因为这个原因,多少年来,初中教材中的电现象都是以“摩擦起电两种电荷”开始。然后解释摩擦起电的原因、电荷移动形成电流、如何描述电流的大小……从知识结构来看,可以说天衣无缝,但它的读者──十四、十五岁的学生未必领情。尽管现行教材中电现象是放在初三才开始的,但由于与化学课的进度难以协调,为了解释清楚摩擦起电的原因,物理教师要花很大的气力来讲原子结构。尽管如此,学生仍然似懂非懂。当学到电流的方向、电荷移动的方向、自由电子移动方向时,不少学生在力学的学习中造成的对物理的恐惧感在这里又一次加深了。

  新教材砍掉有关静电的知识,从初二上学期就安排了电学,情况怎样呢?

  笔者在这一轮的教学实践中,切身感受到没有摩擦起电和两种电荷,学生也能按自己的方式来理解电流。学习电现象的第一节课,进行简单的开场白后,我就交代了一句,用桌上的器材,看谁先把灯泡弄亮。学生怀着迫不及待的心情,操作开始了。不到三分钟已有灯泡亮起来,不到五分钟几乎所有的实验桌上的灯泡都亮起来。问及灯泡为何发光,学生不约而同地告诉我:“因为有电流。”十多年的教学听到这种回答已经是无数次了,但这一次听到,我产生了前所未有的轻松感。再也不用绞尽脑汁去解释摩擦起电之类了。我深刻地反思着:“电流”这个概念,学生并不是在这一节课才知道的。生活在这个知识大爆炸年代的儿童,比伽伐尼时代的学者们具有更优厚的条件,“电流”一词早已在各种渠道中耳濡目染。尽管他们对于电流的理解是很朴素的,是很不严谨的,但这并不妨碍他们探究串联、并联电路中的电流规律,也不妨碍他们学习欧姆定律,他们也能懂得过大的电流是危险的。难道这还不够吗?通过编者对教材的科学编排,经过教师理解课程标准和教材后的精心组织,学生学起来轻松了,教师“教”起来也轻松了。

  在新教材有关电学的三章中,每一章的最后一节都安排了有关安全用电的知识,而不像现行教材是把电学理论知识学习完之后,才讲家庭电路和安全用电。如果没有对学生心理需求和兴趣发展的深入研究,没有对学生的深切关怀,是不会有这样的突破的。电器已经普及到了我们生活中的每一个角落。自从开始学习电学知识,学生就想到,家里的电器是怎么回事呢?由于家庭电路与实验桌上的实验电路在安全性上有着本质的不同,所以新教材在介绍了与电路有关的必备知识后,就对家庭电路进行了介绍,并讲述了触电的种类、怎样安全用电及触电的急救措施,极大地满足了学生对于家庭用电知识的渴望,同时也培养了学生在用电方面的安全意识。在电学的第一章了解安全用电的规则,接下来的两章分别用欧姆定律和电功率的知识来解释这些规则。让学生不仅明白了安全用电的道理,也深刻地体会到物理知识对自己的生活是有用的,从而在情感、态度与价值观上一次次得到升华。

  淡化结论,强调过程

  新教材删繁就简,降低了对重要规律的计算要求,突出了探究过程,同时,对探究过程也做了精心的选择和编排。有关电阻的串联、并联、焦耳定律已被舍去,这从原则上降低了应用这些知识解题的难度。以欧姆定律为例,结合笔者的教学实践,谈谈对这一特点的感受。

  无论是旧教材还是新教材,欧姆定律在教学中的重要性是毋庸置疑的,但这种重要性的内涵已今非昔比。在现行大纲的指导下,欧姆定律的重要性在于用这个定律在串、并联电路中进行综合性的分析和计算;在新课程标准的理念下,欧姆定律的重要性在于它是一条实验定律,通过探究式学习让学生经历和体验定律的形成过程,感悟和学习研究问题的方法,对计算的要求却大大降低。根据笔者多年的教学经验,学生探究电流与电压关系进行得较顺利,但研究电流与电阻的关系时存在不少困难。一方面,大多数学生对如何保持电压不变、改变电阻,从而讨论电流与电阻的关系难以理解。另一方面,在由实验数据得到结论时,正比关系易于让学生看出,而反比关系相对隐藏得较深,学生不易发现。新教材只要求探究电流与电压的关系,这样的编排不仅与新课标的理念高度吻合,而且与义务教育阶段学生的认知特点高度吻合。教材如此处理后,尽管对规律的探究减少了一个环节,但对经历探究过程、感悟研究方法的教学效果并未削弱。由于避免了理解上的障碍,从而保护了学生进行探究的兴趣,保护了学生学习的愿望。

  巧设情景,引人入胜

  打破了原有的知识逻辑体系后,相关知识的引入和过渡的问题就凸现出来。新教材从学生的实际出发,巧妙设置情景,使知识的引入和过渡显得自然妥帖。这一特点在电功和电功率中表现得很突出。

  在现行教材中“电功”是通过电动机提升钩码的实验引入的。新教材中没有力学知识的铺垫,“电功”概念似乎难以接受,事实并非如此。首先,教材虽打破了传统的学科逻辑体系,但却建立了符合课程标准、适应学生发展需求的、以三个“一级主题”为统领的框架结构。电功和电功率正是在其中的“能量”主题下得以引出的。其次,“电能”这一概念虽然还不能给出明确的定义,但学生用从各种媒体中接受到的“电能”来理解电功和电功率,不会造成理解上的错误。教材中说:“电能转化为其他形式能的过程是做功的过程。有多少电能发生了转化,就说电流做了多少功。”教材设有呆板地去死扣电能和电功的定义,而是娓娓道来,跨越了概念理解上的障碍。另外,由于学生一开始就从动态的角度来理解电能的转化和电流做功的关系,更有利于逐步建立起做功与能量转化的动态关系。

  对“电功率”的引人也很自然。按照“电功率”一节中安排的演示实验(为了增强效果,可把100w的灯泡换成800w的电炉),通过电能表铝盘转动的快慢,迁移性地理解电能消耗的快慢或电流做功的快慢,从而理解电功率的物理意义及定义,是再直观不过了。

  困惑疑虑,思考建议

  使用新教材以来,我和许多物理教师一样,有一种惬意的感受,只是在“测小灯泡的电阻”一节留下了一些困惑和疑虑。

  对于本节内容,课标、教材和教参各自的说法不尽相同。①在课程标准的“活动建议”中,建议“测量小灯泡工作时的电阻,画出电阻随电压变化的图线,并进行讨论”。②教材中安排这一内容时要求实验结果通过多次测量求平均值。③和教材配套的《教师教学用书》“知识与技能”目标要求“了解钨的电阻特性”。④在该教学用书的“说明与建议”中,要求先给学生说明“电阻是物质的属性……”,实验时“通过求平均值的方法,去掉测量的偶然误差,提高物理量的测量精确度”。

  在以上建议或要求中,②与④是一致的,但灯泡中钨丝的电阻随电压(温度)的变化很明显,多次测量中电阻值不同不能归因于偶然误差。不知对③是否可以理解为了解钨的电阻随电压(温度)而变化的特性,如果是,则③与①是一致的,但和②④从理论上是矛盾的。一个本身就变化的量,求平均值只具有统计上的意义,而不应认为可以减小误差。

  在教学实践中也遇到了两难问题,如先让学生明白电阻是导体的属性,不因电压而变,学生再以平均值确定最后结果很好理解,但实验结束,问及为什么每次测量的电阻会不同时,学生大都从读数、计算等方面寻找原因,经过多次追问才有个别学生想到灯丝的温度对电阻造成了影响。如果实验前就说明灯泡的电阻会随电压而变,就需对实验中求平均值的做法给予否定。否则在“测小灯泡的电功率”设计实验时,学生设计的表格就有很多跟这次一样,准备求小灯泡功率的平均值。在我市分片举行的教研活动中,教师们都有同样的感受,总感觉难以处理。

  鉴于以上的事实,笔者提出两条初步的建议:1.改测灯泡的电阻为测定电阻的阻值,强化电阻是导体自身属性的认识,并学会多次测量求平均值的数据处理方法;2.仍然测灯泡的电阻,从中探究钨丝的电阻随电压(温度)而变的特性。这两种处理各有长处,但在一个实验中,两个“长处”不可兼得。

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